DEPARTAMENTO DE GEOCIÊNCIAS
Rafaela Teixeira Paula
Análise, caracterização e dinâmica em perfis de intemperismo na área urbana de Juiz de Fora - MG
Juiz de Fora 2020
Análise, caracterização e dinâmica em perfis de intemperismo na área urbana de Juiz de Fora - MG
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Geografia da Universidade Federal de Juiz de Fora como requisito parcial à obtenção do título de Mestre em Geografia. Área de concentração: Produção, processos e dinâmicas espaciais e ambientais.
Orientador: Dr. Geraldo César Rocha
Juiz de Fora 2020
Ficha catalográfica elaborada através do programa de geração automática da Biblioteca Universitária da UFJF,
com os dados fornecidos pelo(a) autor(a)
Paula, Rafaela Teixeira.
Análise, caracterização e dinâmica em perfis de intemperismo na área urbana de Juiz de Fora - MG / Rafaela Teixeira Paula. -- 2020.
114 f.
Orientador: Geraldo César Rocha
Dissertação (mestrado acadêmico) - Universidade Federal de Juiz de Fora, Instituto de Ciências Humanas. Programa de Pós-Graduação em Geografia, 2020.
1. NBR 6023/2018. 2. Dissertação de Mestrado. 3. Associação Brasileira de Normas Técnicas. I. César Rocha, Geraldo, orient. II. Título.
Análise, caracterização e dinâmica em perfis de intemperismo na área urbana de Juiz de Fora - MG
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-graduação em Geografia da Universidade Federal de Juiz de Fora como requisito parcial à obtenção do título de Mestre em Geografia. Área de concentração: Produção, processos e dinâmicas espaciais e ambientais.
Aprovada em . / / .
BANCA EXAMINADORA
_______________________________________________
Dr. Geraldo César Rocha Universidade Federal de Juiz de Fora
_______________________________________________ Dr._Roberto Marques Neto
Universidade Federal de Juiz de Fora
_______________________________________________ Dr. Tácio Mauro Pereira de Campos
Gonçalves Teixeira Paula, minhas irmãs Gisele Teixeira Paula e Gabriela Teixeira Paula e minha namorada Raquel Nascimento Pinheiro por todo suporte durante toda minha trajetória e todas as palavras e atitudes de apoio. Agradeço também todos os meus amigos pelos momentos inesquecíveis de amparo e descontração.
Ao meu orientador, Geraldo, por todo o conhecimento passado e todas as contribuições em minha vida acadêmica.
Aos professores Roberto e Tácio por terem aceitado participar da banca Examinadora da dissertação.
Agradeço ao Programa de Pós Graduação em Geografia da Universidade Federal de Juiz de Fora pela oportunidade de cursar o Mestrado e a todos os professores por todo conhecimento adquirido.
A Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), pelo fornecimento integral da bolsa de pós graduação.
Ao Laboratório de Metalurgia do Instituto Federal de Juiz de Fora e à Paula pelo auxílio nas análises.
interdisciplinar, transitando em ciências como a Geologia, Pedologia, Geotecnia Geomorfologia e Geografia, mas geralmente não se constituem em temática principal delas, sendo deixados, muitas vezes em segundo plano. Assim, a proposta para esse projeto foi investigar o material de intemperismo, considerado como o local onde acontecem esses processos. Investigou-se diversos pontos em que o material aflora na área urbana de Juiz de Fora e a representatividade desses materiais em ambiente tropical, partindo da premissa de que os mesmos são representativos da dinâmica intempérica dos trópicos úmidos. Visando contribuir com os conhecimentos acerca da estruturação física da região, foi realizado uma caracterização dos perfis de intemperismo na cidade de Juiz de Fora, em termos físicos e mineralógicos. Objetivou-se também compreender como e quais comportamentos dos perfis intempéricos, ocasionados por suas respectivas características, podem afetar a sociedade, como no caso da ocorrência de movimentos de massa. Para cumprir os objetivos do projeto, além de uma revisão bibliocartográfica, três fases foram seguidas. A primeira etapa corresponde a descrição do perfil e dos materiais que o constituem, além de análises feitas em campo e amostragem. A segunda fase correspondeu a análises feitas em laboratório, e a terceira a tabulação e interpretação dos resultados. Em campo foram medidas as estruturas e espessuras dos perfis; em laboratório foram analisados cor, textura, consistência, mineralogia, rocha de origem e grau de alteração. Observa-se que as rochas de origem condicionaram dois grandes grupos de perfis de intemperismo com características bem diferentes entre eles, sendo a textura o principal diferenciador. Em um grupo predomina material mais arenoso, com a presença bastante marcante de minerais primários mais resistentes como o quartzo. No outro grupo tem-se a predominância de material mais argiloso com minerais secundários predominantes. A respeito da cor nota-se uma variação entre as cores vermelho, amarelo, e bruno, predominantemente. Em alguns casos a cor é homogênea por todo o horizonte, já em outras situações há predomínio de uma cor e presença de alguns pontos isolados com coloração. Em grande parte dos pontos observa-se a presença de planos estruturais como fraturas e/ou falhas herdados das rochas. Os planos estruturais medidos apresentam duas direções preferenciais, N-S (se aproximando de NNW-SSE), NE-SW (mais especificamente NNE-SSW). Tais direções predominantes coincidem com as direções das grandes estruturas geológicas da região, e isso é indício de autoctonia do material. No que se refere aos ângulos de mergulho, a maioria dos planos medidos apresenta ângulos menores que 20°; no entanto, é
como uma das causas principais desse evento. Em um dos perfis de intemperismo, onde foi aplicado métodos de avaliação de risco, a presença de planos e lineamentos mergulhando para fora do perfil foi definitiva para a movimentação em massa. O material estudado desempenha papel importante no contexto geral da paisagem, funcionando como material de origem para os solos, base de grande parte da superfície onde se instalam edificações. Assim, ele deve ser bem conhecido para ser bem utilizado, sem oferecer riscos a população, como pode acontecer em alguns casos onde favorece a ocorrência de movimento de massa ou a erosão.
Palavras-chave: Perfis de intemperismo. Mineralogia. Estabilidade em perfis de intemperismo.
interdisciplinary area, named weathering, that goes through sciences such as Geology, Pedology, Geotechny, Geomorphology and Geography, but that is not considered as the main theme. Thus, the proposal OF this project was to investigate the weathering material, considered as the place where these processes occur. Several sites where this material occurs in the urban area of Juiz de Fora town were investigated, as well as the representativeness of these materials in a local tropical environment, based on the premise that it is representative of the weathering in the humid tropics. In order to contribute with the knowledge about the physical structure of the region, a characterization of the weathering profiles in the town of Juiz de Fora was carried out, in physical and mineral terms. Other objective included how and what are the comportament of weathering profiles, caused by their characteristics, can affect society, as in the case of mass movements. To fulfill the project's objectives, in addition to a bibliographic review, three phases were followed. The first one corresponds to the description of the weathering profile and ITS materials, in addition to the analysis done in the field and also the sampling. The second phase corresponds to the analyzes made in the laboratory and the third corresponds to the tabulation and interpretation of the results. In the field, structures and thicknesses of profile structures were measured; in the laboratory, color, texture, consistency, mineralogy, original rock and degree of alteration were analyzed. It is observed that the rocks of origin conditioned two large groups of weathering profiles with very different characteristics between them, being the texture the main differential. In one of the groups, sandy material predominates, with a very marked presence of more resistant primary minerals such as quartz. The another group has a predominance of clay minerals. the color have a variation between red, yellow and brown, predominantly. In some cases, the color is homogeneous for the entire horizon, while in other situations there is a predominance of only one color and the presence of some isolated colored points. In most of the sites, there are planes of fractures and / or faults inherited from the rocks.The selected measured planes have two preferred directions: N-S (next to NNW-SSE), NE-SW (closest to NNE-SSW). Such directions predominate, coinciding with the directions of the great geological structures in the region, and this is an indication of the material's autochthony. About the diving angles, most of the measured planes have angles less than 20 °; however, it is important to consider the presence of diving angles in the ranges of 20 ° to 45 ° and 70 ° to 90 °. These geological structures, when favorable to mass movement, appear as one of the main causes of this event. In one of the weathering profiles, where some risk assessment methods were applied, the
source material for the soils, substrate of the large part of the surface where buildings are installed. Thus, it must be well known for being well used, without offering risks to the population, as it can happens in some cases where there is an occurrence of mass movement or erosion.
Figura 2 - Ciclo geoquímico... 23
Figura 3 - Toposseqüência mostrando a transformação de solos com horizonte B latossólico em solos com horizonte B textural ... 28
Figura 4 - Classificação do grau de alteração das rochas ... 29
Figura 5 - Classificação dos Riscos ambientais enfatizando os geológicos exógenos ... 40
Figura 6 - Localização do perímetro urbano de Juiz de Fora, MG... 42
Figura 7 - Unidades litológicas da área urbana de Juiz de Fora ... 46
Figura 8 - Classes hipsométricas da área urbana de Juiz de Fora ... 48
Figura 9 - Classes de declividade da área urbana de Juiz de Fora ... 48
Figura 10 - Unidades pedológicas da área urbana de Juiz de Fora ... 49
Figura 11 - Hidrografia do município de Juiz de Fora ... 51
Figura 12 - Uso e ocupação do solo na área urbana de Juiz de Fora ... 53
Figura 13 - Mapa de Riscos a escorregamentos na área urbana de Juiz de Fora - MG ... 55
Figura 14 - Localização dos pontos de estudo ... 56
Figura 15 - Localização dos pontos submetidos a análise de Raios-X e MEV ... 60
Figura 16 - Formato de difratograma e gráfico da porcentagem de minerais encontrados ... 61
Figura 17 - Portões lógicos utilizados para a construção da Árvore de Falhas ... 63
Figura 18 - Esquema da análise de Causa e Consequência ... 64
Figura 19 - Litologia com os pontos de estudo ... 65
Figura 20 - Direção, sentido e ângulo de mergulho dos planos estruturais no bairro Grama ... 66
Figura 21 - Direção, sentido e ângulo de mergulho dos planos estruturais no bairro Filgueiras ... 67
Figura 22 - Direção, sentido e ângulo de mergulho dos planos estruturais no Dom Bosco ... 67
Figura 23 - Direção, sentido e ângulo de mergulho dos planos estruturais no bairro Santa Cecília ... 68
Figura 24 - Direção, sentido e ângulo de mergulho dos planos estruturais no bairro Borboleta... 68
Figura 25 - Direção, sentido e ângulo de mergulho dos planos estruturais no Manoel Honório ... 69
Figura 26 - Direção dos principais planos estruturais da região ... 70
Figura 30 - Coloração - amostra GRAM.2 ... 75
Figura 31 - Perfil com granulometria fina (MAN.H.. 2) ... 75
Figura 32 - Perfil com granulometria grossa (GRA.2) ... 76
Figura 33 - Carga sedimentar de granulometria grossa (Bairro Filgueiras) ... 77
Figura 34 - Fotos de campo e da amostra de mão (GRAM.8) ... 78
Figura 35 - Diagrama de difração de Raios-X e gráfico de porcentagem de minerais (GRAM.8) ... 78
Figura 36 - Imagens do MEV (GRAM.8) com aumento de 76x (a), 300x, (b) e 1000x (c) ... 79
Figura 37 - Fotos de campo e da amostra de mão (LIN.2) ... 80
Figura 38 - Diagrama de difração de Raios-X e gráfico de porcentagem de minerais (LIN.2) ... 80
Figura 39 - Imagens do MEV (LIN.2) com aumento de 81x (a), 300x, (b) e 1000x (c). ... 81
Figura 40 - Fotos de campo e da amostra de mão (MAN.H.7) ... 82
Figura 41 - Imagens do MEV (MAN.H.7) com aumento de 86x (a), 305x, (b) e 1000x (c). ... 82
Figura 42 - Fotos de campo e da amostra de mão (SAN.C. 2) ... 83
Figura 43 - Diagrama de difração de Raios-X e gráfico de porcentagem de minerais (SAN.C. 2) ... 84
Figura 44 - Imagens do MEV (SAN.C. 2) com aumento de 87x (a), 300x, (b) e 984x (c). ... 84
Figura 45 - Fotos de campo e da amostra de mão (BOR.8) ... 85
Figura 46 - Diagrama de difração de Raios-X e gráfico de porcentagem de minerais (BOR. 8) ... 85
Figura 47 - Imagens do MEV (BOR.8) com aumento de 84x (a), 287x, (b) e 1001x (c). ... 86
Figura 48 - Perfil não alterado (MAN.H 14) ... 87
Figura 49 - Material fracamente alterado (BOR 9) ... 88
Figura 50 - Material moderadamente alterado (MAN.H.1) ... 88
Figura 51 - Material muito alterado (BOR. 8)... 89
Figura 52 - Material completamente alterado (SAN. C.7) ... 89
Figura 53 - Cicatriz de movimento de massa no bairro Dom Bosco (próximo ao pórtico sul da UFJF) ... 90
Figura 54 - Cicatriz de movimento de massa no bairro Manoel Honório ... 90
Tabela 2 - Graus de alteração ... 62
Tabela 3 - Síntese dos resultados (GRAM.8) ... 79
Tabela 4 - Síntese dos resultados (LIN.2) ... 81
Tabela 5 - Síntese dos resultados (MAN.H. 7)... 83
Tabela 6 - Síntese dos resultados (SAN.C. 2) ... 84
2 JUSTIFICATIVA ...15 3 OBJETIVOS ...16 3.1 OBJETIVO GERAL ...16 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ...16 4 REFERENCIAL TEÓRICO ...17 4.1 CONCEITOS E HISTÓRICO ...17
4.2 INSTABILIDADE ESTRUTURAL E RISCOS ...36
5 CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO ...42
5.1 GEOLOGIA ...42 5.2 RELEVO ...47 5.3 PEDOLOGIA ...49 5.4 HIDROGRAFIA ...50 5.5 VEGETAÇÃO ... 51 5.6 CLIMA ...53
5.7 MOVIMENTO DE MASSA EM JUIZ DE FORA – MG ...55
6 METODOLOGIA ...56
7 RESULTADOS E DISCUSSÃO ...65
CONSIDERAÇÕES FINAIS ...98
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..……….. 102
1 INTRODUÇÃO
Há uma interpenetração da unidade de interpretação da Geografia com com outras ciências. Geologia, Pedologia e Geotecnia são importantes ciências, com quem a Geografia estabelece um diálogo. Pode-se considerar que o objeto de estudo da Geologia são as rochas, da Pedologia são os solos e a Geotecnia utiliza estes materiais com aplicação na engenharia. O material de intemperismo é resultado da desintegração física e decomposição química da rocha que, associados a outros processos como a pedogênese, dá origem ao solo. O material de intemperismo muitas vezes é dado somente como produto de intemperismo da rocha ou material de origem do solo. É um dos objetos de estudo da Geologia e Pedologia, mas ainda não é bem esclarecido por essas e outras áreas da Geociências, principalmente na literatura brasileira.
A respeito disso, Bigarella (1994) ressalta que, academicamente, temas ligados a decomposição e fragmentação de rochas se encontram numa área interdisciplinar, transitando em ciências como a Geologia, Pedologia, Geotecnia, Geomorfologia e Geografia, mas geralmente não se constituem em temática principal delas, sendo deixados, muitas vezes em segundo plano.
Assim, a proposta para esse projeto foi investigar o material de intemperismo, considerado como o local onde acontecem esses processos. Analisou-se diversos pontos em que o material aflora na área urbana de Juiz de Fora e investigou-se a representatividade desses materiais em Domínio Tropical Atlântico, partindo da premissa de que tais materiais são representativos da dinâmica intempérica dos trópicos úmidos.
O clima influi na determinação do tipo de intemperismo predominante, principalmente pela temperatura e umidade, que determinam o predomínio dos processos químicos sobre os físicos e o grau de alteração (BIGARELLA, 1994). O intemperismo (principalmente o químico) em condições tropicais é fundamental no desenvolvimento dos regolitos e das formas de relevo. Nessas condições há o desenvolvimento de duas superfícies que limitam os regolitos: a superior (em contato com a atmosfera, sujeita aos processos erosivos) e a inferior (em contato com a rocha) (MARTINS et. al, 2008).
Thomas (1994) faz as seguintes considerações sobre os fatores climáticos que influenciam na dinâmica superficial nos trópicos úmidos: o grau de intemperismo da rocha é variado em profundidades diferentes; a alta pluviosidade é um fator determinante no intemperismo das rochas; as altas temperaturas da água da chuva aceleram o intemperismo; os agentes do intemperismo são predominantemente ácidos orgânicos e ácidos carbônicos e
nítricos; as rochas se deterioraram antes da recente dissecação da paisagem; em geral, quando não estão muito fraturadas as rochas magmáticas e metamórficas são mais resistentes ao intemperismo do que as sedimentares; o regolito rico em argila combinado com altas pluviosidades favorecem os escorregamentos; os movimentos de massa tem papel importante na exposição da rocha fresca ao intemperismo.
Juiz de Fora apresenta uma caracterização física favorável a alguns desses fatores como a caracterização climática, quadro geomorfológico e geológico. Apresenta clima tropical sazonal (AGEVAP, 2012), com duas estações bem definidas, uma quente e chuvosa e outra fria e seca (ASSIS et. al., 2011). O município apresenta vales profundos e encostas com elevadas declividades, em um relevo predominantemente composto por morros e morrotes (PJF, 1996). Esta característica, associada a índices pluviométricos elevados no período chuvoso, provocam situações intensas da dinâmica superficial e subsuperficial, que favorece, entre outras coisas, a ocorrência de movimentos de massa. Além disso, de acordo com Duarte (1998) geologicamente a região de Juiz de Fora é caracterizado por falhas de empurrão com imbricamento de contatos entre rochas metassedimentares, gnaisses, biotita gnaisse, quartzitos, rochas calcissilicáticas e granada quartzito e ortogranulitos. Este sistema de falhas tem escamas de formas arredondadas e se estendem na direção NE-SW. No centro e nos arredores da cidade de Juiz de Fora há evidências de zonas de deformação tardia, destacando-se falhas e zonas de cisalhamento de direção N-S ou NW-SE. Esdestacando-se quadro geológico, principalmente o sistema de falhas, juntamente com as fraturas, resultou numa considerável fragilidade geológica para a região que conta também com a presença de alguns tipos de rochas metamórficas foliadas que, quando mergulhadas para fora do perfil, podem favorecer a movimentação em massa.
Segundo Bigarella (1994), o estudo do manto intempérico fornece dados importantes que podem auxiliar na interpretação da paisagem, das condições ambientais subatuais ou do passado geológico mais recente e na previsão de comportamentos dos materiais envolvidos e como podem afetar a sociedade. Neste sentido, os estudos sobre os produtos do intemperismo, sua distribuição e movimentação tem papel importante no entendimento das vertentes.
Visando contribuir com os conhecimentos acerca da estruturação física da região, objetivou-se realizar uma caracterização dos perfis de intemperismo na cidade de Juiz de Fora, em termos físicos e mineralógicos. Objetiva-se também compreender como e quais comportamentos dos perfis intempéricos, ocasionados por suas respectivas características, podem afetar a sociedade, como no caso da ocorrência de movimentos de massa.
2 JUSTIFICATIVA
A proposta da pesquisa almejou auxiliar no avanço do estudo do material de intemperismo em Juiz de Fora, com ênfase nos saprolitos, material ainda pouco estudado, que apresenta características e graus diferentes de alteração, principalmente no Brasil, país que oferece condições ideais ao desenvolvimento de mantos de intemperismo muito espessos. Há a necessidade de aprofundamento dos estudos e da obtenção de dados desta natureza em todo o país.
O trabalho fornece informações sobre características físicas, mineralógicas e estruturais de perfis de intemperismo na área urbana de Juiz de Fora e apresenta as possíveis causas de movimentos de massa da cidade, envolvendo todo esse material; esses dados poderão alimentar modelos de previsão de movimentos de massa, sendo uma das potencialidades desse trabalho a prevenção de riscos.
3 OBJETIVOS
3.1 OBJETIVO GERAL
Realizar uma análise de perfis de intemperismo, enfatizando as propriedades físicas e mineralógicas e sua instabilidade em Juiz de Fora, MG.
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Compreender a distribuição espacial dos saprolitos;
Realizar análise de risco a movimento de massa e entender como as características dos saprolitos influenciam nesse evento.
4 REFERENCIAL TEÓRICO
4.1 CONCEITOS E HISTÓRICO
Perfil de intemperismo
Para Vieira (1975) e Lepsch (1975) (apud BARROS, 1991), na Geologia, o perfil de intemperismo é o conjunto de camadas horizontais situadas em uma seção que vai da superfície até o material original, tendo, então, um limite inferior definido como a zona de encontro entre o solo e a rocha. Para a Pedologia, a ciência dos solos, cada uma dessas camadas correspondem aos horizontes pedológicos, de modo que “os horizontes são zonas do solo, aproximadamente paralelas, que possuem propriedades resultante dos efeitos combinados dos processos genéticos” (VIEIRA, 1975 apud BARROS, 1991, p.14).
Para a Pedologia, um perfil de intemperismo característico apresenta os horizontes O, A, B, C (Saprólito) e R (rocha em variados estágios de alteração), como demonstrado na figura 1.
Figura 1– Perfil de intemperismo
De acordo com Press et. al (2013), o regolito compreende o material alterado, heterogêneo e desagregado sobreposto ao substrato rochoso, que pode incluir partículas da rocha-matriz alterada e sã, argilominerais, de óxidos de ferro e de diversos metais e outros produtos do intemperismo. Para Leinz e Amaral (1987), o termo regolito se refere, a todo o material incoerente, arenoso, argiloso, podendo conter fragmentos de rocha e solo, que recobre a superfície terrestre sobre a rocha fresca e inalterada, podendo ser designado também como manto de alteração. Em uma linguagem mais simples, pode-se dizer que o regolito corresponde a todo o material que está sobre a rocha, resultado de seu intemperismo.
Em termos pedológicos, o regolito é o conjunto dos horizontes O, A, B e C. Este material inclui o saprolito (horizonte C) e o solum (horizontes O, A, B).
A rocha é um agregado sólido natural inorgânico, formado de um ou mais minerais, que constitui parte essencial da crosta terrestre (TEIXEIRA et. al, 2009). O horizonte C é a rocha alterada ou intemperizada (saprolito ou alterita), que, dependendo da intensidade do intemperismo, pode herdar características da rocha original. O horizonte B é o horizonte em que ocorre acumulação de argila, matéria orgânica e compostos oxidados de ferro e alumínio. O horizonte A é geralmente mais escuro, rico em matéria mineral e matéria orgânica; apresenta, geralmente, alta atividade biológica e recebe substâncias provenientes da decomposição orgânica dos restos acumulados no horizonte O. O horizonte O é rico em restos orgânicos em vias de decomposição e é onde se estabelece a vegetação (TOLEDO 2014).
O saprolito pode ser compreendido como o produto de alteração da rocha, resultado do ataque de agentes intempéricos físicos e químicos. Para Toledo (2014) o saprolito (horizonte C) corresponde ao material situado sobre a rocha fresca (horizonte R) e, abaixo do solum (horizontes O, A e B). Pode ser considerado o material de transição da rocha para o solum, visto que o saprolito, ou horizonte C formará os outros horizontes do solo quando associado à pedogênse, como a interação com a matéria orgânica. Lepsch (2011) explica que o saprolito é o limite inferior não muito bem definido do solo. Segundo Stoops et. al (2010), saprolitos são produtos a longo prazo do intemperismo, que podem ter mais de 20 milhões de anos na maioria das áreas tropicais, atingindo profundidades superiores a 150 m em alguns locais
A conceituação de solo varia de acordo com a área de estudo, não apresentando uma concepção consensual para autores de áreas de estudo como a Engenharia, a Engenharia Agrícola, a Biologia e a Geologia. De acordo com Bloom (1970), essa divergência se deve pelos objetivos de estudo de cada área e pelas diversas fases de imaturidade e maturidade pela qual o solo passa em sua história de formação.
Para o estudo de âmbito agrícola a concepção de solo é a camada em que as plantas fixam suas raízes e retiram os nutrientes necessários a seu crescimento (LEPSCH, 2011). Na superfície há uma pequena camada de material vegetal decomposto, chamado de húmus.
Para a Geologia o solo pode ser entendido como camada da superfície da Terra que foi suficientemente intemperizada por processos físicos e químicos, acrescentando a interferências de processos biológicos, de modo a suportar o crescimento de plantas e suas raízes (BLOOM, 1970). Toledo (2014, p. 136) traz uma definição de solo como “materiais intemperizados reorganizados e associados à matéria orgânica”.
Para a Pedologia, a ciência que estuda os solos, uma das mais conceituações mais adequadas de solo foi deliberada por Soil Survey Manual, como
A coleção de corpos naturais que ocupam partes da superfície terrestre, os quais constituem um meio para o desenvolvimento das plantas e que possuem propriedades resultantes do efeito integrado do clima e dos organismos vivos, agindo sobre o material de origem e condicionado pelo relevo durante certo período de tempo” (SOIL SURVEY MANUAL apud LEPSCH, 2011).
Os fatores de formação do solo se confundem com os fatores de intemperismo, sendo o solo um resultado final do processo intempérico associado a diversos processos e materiais que promovem a pedogênese. Podem-se citar cinco principais fatores de formação do solo, clima, material de origem, organismos, relevo e tempo (LEPSCH, 2011)
Para a formação do solo, além do intemperismo da rocha, a pedogênese é um processo essencial. É nesse processo que ocorrem modificações e reorganizações estruturais dos minerais formadores do solo e introdução de matéria orgânica ao sistema.
Histórico de estudo sobre o perfil de intemperismo
De acordo com Schaefer et. al (1997), o estudo mais detalhado do material de intemperismo surgiu com o nascimento da Pedologia, como um ramo da área de Geociências, assim como a Geologia e a Geomorfologia. No início, a ciência pedológica teve fortes ligações com a Geologia e, consequentemente as primeiras tentativas classificatórias foram sobremodo influenciadas pelos conhecimentos geológicos (BARROS, 1991). Antes dos avanços nos estudos detalhados de todo o perfil intempérico tinha-se o saprolito somente como o resultado da decomposição da rocha e material de origem do solo, e o solo era reconhecido como fator de produção vegetal e estudado essencialmente com fins agrícolas (SCHAEFER et. al 1997). Com o surgimento da Pedologia passou-se a estudar o perfil de intemperismo a partir da diferenciação existente ao longo do perfil intempérico, a essas zonas
diferentes a Pedologia chama de horizontes e, assim, os horizontes passaram a ser mais bem detalhados, reconhecendo que estes eram corpos naturais independentes com propriedades distintas.
Segundo Barros (1991), os primeiros estudiosos das Geociências, os naturalistas, que seriam os profissionais mais aptos a iniciarem os estudos das superfícies intemperizadas, se dedicavam a trabalhar com aspectos fisiográficos relativos a tipos de paisagem e dados geográficos, identificação e tipologia de espécies vegetais, zoologia, descrição e exploração mineralógica e litológica, bastante voltado para o viés econômico. Com estes temas em foco, o estudo do manto intemperizado e do solo foram deixados de lado.
Segundo o IBGE (2015) as bases da Pedologia foram lançadas em 1880 na União Soviética pelo cientista V. V. Dokuchaev (1846-1903), ao reconhecer que o solo não era um simples amontoado de materiais não consolidados, em diferentes estágios de alteração, mas sim um resultado de uma complexa interação do clima, organismos e topografia, agindo durante certo período de tempo sobre o material de origem e o alterando, de modo a produzir o solo, com toda a sua heterogeneidade.
Dokuchaev teve papel extremamente importante no desenvolvimento de tais estudos, motivados por uma acentuada crise na produção agrícola da Rússia, com o desenvolvimento de um sistema de classificação de solos em 1886, e aprimorado por ele em 1900. Essas classificações foram se aprimorando por outros estudiosos como Sibirtsev, Zakharov, Glinka, Gedroiz, Hilgard, Whitney, Coffey e Marbut (SCHAEFER et. al, 1997).
Na América Central e do Sul há evidências que demonstram um amplo conhecimento dos solos, com uma classificação inicial por parte de grupos indígenas para fins agrícolas (CARNEIRO, 1961). Este autor cita dois exemplos de classificação de solos produzidas por 2 tribos indígenas, Kuikúru e Xicrins. A primeira classifica os solos como Buro-imek (Solo negro, turfoso); Core-imek (Solo amarelado, mais pobre); Ueraw-imek (Solo vermelho, mais rico); Cada-law Solo (cinzento, gleizado); Coba (Solo pedregoso qualquer) Ubaracaw-Coba (Solo pedregoso, com quartzo leitoso). A segunda tribo, Xicrins, parte da nação Kayapó, Carajás agrupava os solos em: Pukaká (Solo branco); Pukanrik (Solo vermelho); Pukatuk (Solo negro); Pukangrãngrã (Solo amarelo) Pukakru (Pedra, Solo pedregoso) Pukangú (Solo úmido) Pukatudji (Solo seco e duro). Nota-se que os parâmetros principais utilizados eram cor, consistência, umidade e fertilidade, basicamente, variáveis muito utilizadas pelas classificações atuais.
Entre os séculos XVII e XVIII houve crescimento do saber técnico relacionado a fertilidade do solo (SCHAEFER et. al, 1997), principalmente com o desenvolvimento da
agricultura, alavancando então, um estudo voltado para a geoquímica dos solos. Neste sentido, IBGE (2015) completa que a motivação para os primeiros estudos do solo surgiu com o intuito de corrigir ou elevar sua fertilidade natural, neutralizar a acidez, agrupar solos apropriados para determinadas culturas e preservar os solos contra a erosão.
Mas ainda assim o crescimento do tema em âmbito científico não apresentou avanços significativos. Por este motivo este período foi denominado por Schaefer et. al (1997) pré-Pedologia. Para esse autor o nascimento da ciência do solo e sua divulgação ocorre nas últimas décadas do século XIX, entre 1860 e 1880 pelo mundo, e no início do século XX no Brasil. O Instituto Agronômico José Augusto Trindade – PB é considerado por IBGE (2015) pioneiro no estudo de solo no Brasil, considerando que o primeiro mapa de solos foi realizado em 1947, quando foi confeccionado o Mapa Agrológico da Bacia de Irrigação do Açude São Gonçalo (PB). 1947 foi também o ano da criação da Comissão de Solos, do Centro Nacional de Ensino e Pesquisas Agronômicas - CNEPA, do Ministério da Agricultura. Com isso os levantamentos de solos no Brasil tomaram grande impulso.
Em 1970, com o reconhecimento da potencialidade dos recursos naturais da Amazônia, o Departamento Nacional da Produção Mineral - DNPM desenvolveu um projeto de sensoriamento remoto dessa região utilizando radares, o projeto Radam (1983). Dado o sucesso do projeto, decidiu-se estender o trabalho para todo o território nacional, passando a se denominar projeto RadamBrasil. O projeto rendeu ao país coletas de informações e produção de mapas de diversas temáticas relacionadas a recursos minerais, vegetação, uso e ocupação da terra, solos, entre outros, de todo o território nacional. O RadamBrasil foi então um trabalho marcante no estudos de diversas áreas da Geociências, entre elas o estudo dos solos (CPRM, 2018).
Foi a partir desse período que houve significativo amadurecimento dos conceitos pedológicos, alguns válidos e aplicados aos dias de hoje, desenvolvidos essencialmente pela Pedologia norte-americana nos primeiros anos do século XX, país que lidera a Ciência dos Solos a nível mundial, reforçada com o lançamento da “Soil Taxonomy”, em 1975 (IBGE, 2015). No Brasil, a primeira tentativa de desenvolvimento de um Sistema Classificação de Solos surgiu em 1980 pela EMBRAPA (Empresa Brasileira de Pesquisa de Agropecuária) (CPRM, 2018). Ela reflete uma tentativa de agrupar os conceitos expostos nas antigas classificações brasileiras e americanas.
Juntamente com o RadamBrasil, a Embrapa executou os maiores levantamentos pedológicos do Brasil em pequena escala. Já o acervo de trabalhos locais, com maior nível de detalhamento, foi produzido pela iniciativa privada, através de interesses de exploração
agrícola, conservação do solo, irrigação e drenagem, estudos ambientais (Estudos de Impactos Ambientais - EIA e seus respectivos Relatórios de Impactos Ambientais - RIMA) entre outros (IBGE, 2015).
Na área da Engenharia, o trabalho de Vargas (1953) foi um dos pioneiros a sistematizar as “divisões” do perfil de intemperismo do Brasil, através de estudos de solos residuais do sul do país. Este autor estrutura o manto intempérico em: camada imediatamente acima da rocha sã (camada de rocha em início de alteração só removida com explosivo); camada de solo residual jovem (apresenta a estrutura original da rocha de origem, além de rigidez extremamente variável, é denominada de solo saprolítico); manto superficial de solo residual maduro - inclui uma camada fina superior de solo úmido e um solo argiloso ou arenoso.
Campos (1984) destaca o trabalho de Deere e Patton (1971), onde o perfil de intemperismo é dividido em 3 horizontes (I, II e III) e suas subdivisões (A, B e C): Horizonte I-A: colúvio, geralmente com a presença de matéria orgânica; Horizonte I-B: solo maduro no qual o solo não guarda nenhuma herança da rocha; Horizonte I-C: Solo de alteração da rocha (saprolito), com manutenção de estruturas reliquiares das rochas; Horizonte 2-A: transição de saprolito e rocha alterada, heterogênea, com presença de núcleos menos alterados; Horizonte 2-B: rocha alterada em que o material mantém a estrutura da rocha original, apresentando alteração nas propriedades físico-químicas como cor, permeabilidade e resistência; Horizonte III: rocha essencialmente sã, que apresenta início de alteração junto as faces de intemperismo (CAMPOS 1984).
Com isso o autor separa basicamente o perfil em 2 partes, a primeira parte mais superficial, a que dá o nome de solo residual, que contempla a rocha já em estado de alteração e solo maduro, e outra parte inferior, a rocha em início de alteração ou rocha sã. Segundo Campos (1984), os horizontes superficiais, ou seja, o solo incipiente e avançado, deve ser estudado pela Mecânica de Solos, e a rocha alterada (o que chama de “solo saprolítico”) ou sã deve ser estudado pela Mecânica de Rochas.
Estudos semelhantes do perfil de alteração se deram até a década de 1980 com uma ênfase no estudo da Mecânica de Solos e de Rochas, apresentando grande desenvolvimento no estudo da física do perfil intempérico.
O estudo da química dos materiais geológicos ganha destaque em 1979, quando Rose et. al (1979 apud LICHT, 2001) propõem o esquema do ciclo geoquímico, reformulado por Fortescue (figura 2).
Figura 2– Ciclo geoquímico
Fonte: Fortescue (1967) (apud LICHT, 2001)
O ciclo geoquímico expõe a redistribuição de elementos químicos no sistema geológico a medida que as rochas são submetidas a determinados processos que alteram quimicamente seus minerais, no que Rose et. al (1979) chamam de Ambiente Supergênico e Ambiente Hipogênico.
Ao se formarem, tanto rochas ígneas, sedimentares e metamórficas, em sua gênese através dos processos de cristalização do magma, diagênese e cristalização dos sedimentos e metamorfismo, apresentam agregação mineral e reorganização química. Quando as rochas são expostas na superfície alguns processos promovem também esse reordenamento químico. Ao serem soerguidas, erodidas e intemperizadas as rochas são decompostas e alteradas pelo intemperismo físico, químico e biológico, através de diversas reações químicas, liberando sedimentos físicos e químicos que podem ser transportados, se depositar e sofrer diagênese, dando origem a outra rocha (LICHT, 1979).
Acrescentando a situação em que os sedimentos liberados das rochas não são transportados e depositados em bacias sedimentares e, considerando a entrada da matéria orgânica no sistema, há a possibilidade do material sofrer pedogênese e dar origem ao solo.
Esse caso, que não tinha sido contemplado no ciclo geoquímico de Rose (1979), por se tratar de uma visão estritamente geológica, é abordado no ciclo geoquímico proposto por Fortescue (1967), uma adaptação do ciclo produzido por Mason (1960), segundo Licht (2001).
Na década de 1980 houve um grande aprofundamento dos estudos geoquímicos com trabalhos como o de Brito (1981), que incorpora a abordagem química a pesquisas geotécnicas em estudos de perfis de alteração, ao estudar solos residuais provenientes de rocha ácida do Estado do Rio de Janeiro. Além de desenvolver estudos geotécnicos e químicos, a autora também envolve mineralogia a pesquisa, através do uso de análises técnicas como a Espectrometria de Fluorescência de Raios-X, a Difração de Raios-X, e a Microscopia Óptica, entre outros métodos físicos.
O método de difração de raio X é utilizado para a investigação da estrutura atômica e molecular da matéria. Segundo Costa (2015), essa técnica auxilia no entendimento da micromorfologia e é um estudo importante para compreender a gênese do solo e avaliar as práticas agrícolas. A difração de raios X resulta de um processo em que os raios X são dispersos pelos elétrons dos átomos componentes de um material, sem mudança de comprimento de onda, sendo obedecidas certas condições geométricas (SILVA, 2013). A natureza dos raios-X e as condições em que esses difratam permitem o estudo das substâncias cristalinas (CAMARGO, 1986). Os átomos dos cristais funcionam como redes de difração para os raios X, o que possibilita que substâncias bem cristalizadas sejam identificadas por essa radiação (SILVA, 2013).
Num determinado mineral de estrutura cristalina, os átomos que o compõe funcionam como obstáculos ao serem submetidos aos raios - X (SILVA, 2013). Após colidirem com o material, os raios X mudam a sua direção de propagação, porém, mantém o comprimento de onda da radiação incidente (JENKINS; SNYDER, 1996). Através do ângulo de difração e da intensidade é possível fazer a reprodução atômica do material (SILVA, 2013).
As abordagens químicas e mineralógicas seguem avançando juntamente com a abordagem mecânica na década seguinte, que, com o trabalho de Menezes Filho (1993) objetiva identificar os condicionantes geológicos e geomorfológicos responsáveis pela atual conformação de um perfil de alteração de gnaisse facoidal típico do Rio de Janeiro, ressaltando o aspecto do horizonte de transição rocha-solo em clima tropical, reconhecendo rochas em diferentes graus de alteração e caracterizando-as por suas propriedades físicas, mineralógicas, químicas e mecânicas. O autor enfatiza o intemperismo causado por fatores físicos e afirma que o intemperismo químico somente será efetivo quando há a presença de
fraturamento interno. Com isso tem-se uma nova abordagem, destacando-se também as descontinuidades das rochas.
Já em 1998, na obra de Cerri e Amaral (1998) os estudos sobre os perfis de intemperismo são incorporados aos estudos de riscos geológicos, ganhando maior aplicabilidade no meio social. Com isso, os trabalhos passam a ser mais completos, abordando agora a parte mecânica, dinâmica química e mineralogia dos materiais geológicos.
Tais estudos se estendem pelas décadas de 1990 e 2000, sendo que Lima et al. (2002 apud BRANT, 2005), correlacionaram também variáveis físico-químicas com variáveis geotécnicas de um saprolito biotita-gnaisse da região do Espinhaço da Gata-PE. Os autores correlacionaram as feições mineralógicas e geoquímicas com os índices de caracterização e de compressibilidade, através dos Índices de vazio (corresponde a relação entre o volume de vazios (Vv) e o volume das partículas sólidas (Vs) do solo); limite de Atterberg (corresponde a variação do estado de consistência do solo de acordo com a variação do teor de umidade) (DOLINAR; SKRABL, 2013).
Entre 1980 e 1995, em um acordo entre a CAPES (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior) e a COFECUB (Comité Français d’Évaluation de la Coopération Universitaire et Scientifique avec le Brésil) permitiu ao Departamento de Geografia da USP o desenvolvimento de um programa de ensino e pesquisa em pós-graduação, com a participação da École Nationale Supérieure Agronomique de Rennes, do Centre de Géomorphologie CNRS, de Caen e do Centre ORSTOM de Caiena, com o tema “Análise estrutural da cobertura pedológica e suas aplicações nos ambientes tropicais”. O programa compreendia estudos teóricos e práticos, com levantamento e cartografia de coberturas pedológicas nos estados de São Paulo, Paraná, Santa Catarina e Minas Gerais. Essa temática resultou na produção de dissertações de mestrado e teses de doutorado. Tal projeto e seus resultados científicos representaram uma significativa contribuição ao conhecimento da pedogênese da dinâmica pedológica atual, relacionada a gênese e evolução dos relevos. Estes estudos permitiram a compreensão correta dos solos, de seus funcionamentos, de suas histórias (gêneses) e suas distribuições espaciais, além de suas relações com as outras ciências da natureza, como a Geomorfologia (QUEIROZ NETO, 2002).
Em geral considera-se a evolução do perfil de intemperismo de forma vertical, a partir do intemperismo da rocha, com formação do saprolito e, a partir da pedogênese desse material, a formação do solum. No entanto, há que destacar que a evolução do perfil de intemperismo ocorre de maneira vertical, da base para o topo e do topo para a base, e lateral, ao longo das diferentes seções de uma vertente, o que define a diferenciação dos tipos de solo
pela da vertente. Segundo Queiroz Neto (2010) o desenvolvimento diferenciado do solo ao longo de toda a vertente é estudado pela topossequência.
A respeito de variação e distribuição sistemática e repetitiva dos solos e suas propriedades ao longo das vertentes Milne (1935 e 1936) propunha o conceito de “catena” e se remete a formação de “cadeias” de diferentes tipos de solos ao longo da vertente. Catena é, segundo Milne (1936 apud QUEIROZ NETO, 2002) uma
unidade prática de mapeamento [...] que agrupa solos que, a despeito de estarem colocados em pontos diferentes de um sistema natural de classificação, tendo em vista suas diferenças morfológicas e fundamentais, estão, no entanto relacionadas na sua ocorrência por condições topográficas e se repetem nas mesmas posições uns em relação aos outros, sempre que aquelas condições estão presentes. (MILNE, 1936 apud QUEIROZ NETO, 2002, p. 77).
A variação das propriedades do solo dentro de uma catena depende de processos eluviais, iluviais e coluviais e sua intensidade é determinada pelas condições de drenagem ao longo da vertente (QUEIROZ NETO, 2010; MALINOWSKA; SZUMACHER, 2013).
Para Tricart e Kilian (1979), a medida que o solo se espessa com a pedogênese profunda do substrato rochoso, a morfogênese seria pouco atuante. Em contrapartida, quando há predomínio dos processos da morfogênese haveria maior erosão, provocando a diminuição da espessura dos solos até sua eliminação, impedindo a pedogênese. Haveria, portanto, segundo os autores, uma oposição entre pedogênese e morfogênese.
O conceito de catena via as sucessões de solos ao longo das encostas como uma simples justaposição de perfis verticais e Tricart e Kilian colocam pedogênese e morfogênese como processos antagônicos. No entanto, Queiroz Neto (2002/2010/2011) propõe uma nova forma de se entender a evolução do solo afirmando que para a Pedologia, a superação da visão verticalista dos perfis de solo ao longo das vertentes pela análise estrutural da cobertura pedológica é fundamental. Essa visão reducionista foi substituída pela percepção do solo como um meio contínuo, cujas diferenciações são devidas ao movimento interno das soluções (QUEIROZ NETO, 2002) e
Não há antagonismo entre pedogênese e morfogênese, os dois processos atuam conjuntamente no estabelecimento do modelado. A constatação da continuidade dos horizontes, mesmo com transformações, do topo à base das colinas, mas mantendo o paralelismo com a forma da vertente, indica o desencadeamento, não necessariamente atual, de processos solidários e simultâneos que prosseguem até agora, o que envolve também a ideia de convergência e de manutenção da funcionalidade (QUEIROZ NETO, 2010 p.23).
O projeto “A Análise estrutural da cobertura pedológica” levou a novas interpretações da gênese dos solos e suas distribuições nos relevos, permitindo a superação da visão reducionista do perfil vertical de solo pela noção de cobertura pedológica, como um continuum que recobre as vertentes (QUEIROZ NETO, 2002). O estudo da gênese, do funcionamento e da dinâmica dos solos através da análise estrutural da cobertura pedológica representa a preocupação dos pedólogos em compreender a distribuição dos solos nas vertentes e nas paisagens, suas causas e fatores, isto é, procura interpretar os processos responsáveis por essa distribuição (QUEIROZ NETO, 2002).
O autor enfatiza que deve-se considerar a evolução dos solos de forma lateral na vertente, de modo que, predominantemente, as partes altas das vertentes seriam as zonas de entrada de água e lixiviação e as partes baixas seriam de acumulação.
Desta maneira, o solo, esse corpo contínuo, organizado e estruturado como cobertura pedológica, apresenta diferenciações verticais e laterais ao longo das encostas, de modo que a presença de horizontes diferentes se sucedem verticalmente, como se observa numa trincheira, e também lateralmente. Essas coberturas pedológicas recobrem extensivamente as encostas, sendo interrompidas apenas por afloramentos de rocha, corpos d’água ou sedimentações de fundo de vale (QUEIROZ NETO, 2002).
Há uma tendência de registros de horizontes B latossólicos na parte superior da vertente, passando gradativamente e lateralmente para horizontes B textural nas partes inferiores da vertente, como mostrado na figura 3, além de modificações de cor, textura, estrutura, porosidade, mineralogia e outros atributos físico-químicos dos solos (QUEIROZ NETO, 2011; ESPÍNDOLA, 2010). Segundo o autor, há nesse caso, perda de argila no topo e convexização no topo da vertente, mas mantendo o paralelismo dos horizontes. No trecho médio da vertente há acúmulo de água, acentuamento da perda de argila e maior modificação da vertente dando início a uma concavidade.
Figura 3 – Toposseqüência mostrando a transformação de solos com horizonte B latossólico em solos com horizonte B textural
Fonte: Fernandes Barros (1985) e Castro (1990)
É preciso ter em conta que não há necessariamente antagonismo entre pedogênese e morfogênese, os dois processos atuam conjuntamente no estabelecimento do modelado. A continuidade dos horizontes do topo à base das colinas, mesmo com transformações laterais, indica o desencadeamento de processos solidários e simultâneos que prosseguem até agora; isso envolve também a ideia de convergência e de manutenção da funcionalidade. O paralelismo das organizações pedológicas com a forma da vertente é um indicador desse fato (QUEIROZ NETO, 2011).
Nota-se que os estudos sobre o manto de alteração se desenvolveu a medida que os estudos a respeito de solo foram se intensificando. No entanto os estudos a respeito da Pedologia têm ainda muito a avançar, principalmente no Brasil, especificamente sobre o saprolito.
Classificação, fatores e graus de intemperismo
Intemperismo é a quebra e alteração de materiais na superfície da Terra, resultando em produtos que estão em equilíbrio com as novas condições físicas e químicas impostas (OLLIER, 1975). Teixeira et. al (2009) definem o intemperismo como o conjunto de modificações de ordem física (desagregação) e química (decomposição) que as rochas sofrem ao aflorar na superfície da Terra. Através desse processo há alteração das características
físicas (onde se altera forma, textura e resistência, por exemplo) e químicas das rochas (como a alteração da composição química e estrutura cristalina).
O termo intemperismo está associado ao termo alterabilidade e Frazão (2012) utiliza o termo durabilidade para a caracterização de materiais rochosos ainda não totalmente alterados e o termo degradação para o processo de deterioração da rocha, perdendo sua “qualidade”, pelo ponto de vista da engenharia civil. De acordo com essa visão, para identificação da qualidade da rocha usa-se a terminologia grau de alteração, para informar o quanto o material está alterado; e alterabilidade para informar a potencialidade da rocha se alterar com o tempo.
O tipo e a taxa de intemperismo dependem da intensidade dos processos, sendo amplamente controlado pelo clima e pela suscetibilidade do material a ser alterado que, por sua vez, dependem da presença de estruturas em sua composição (HUNT, 1970). A resistência ao cisalhamento de um solo residual, entre outros fatores, depende do seu grau de intemperismo, sendo que a medida que a rocha se decompõe, ela vai perdendo sua resistência (CAMPOS, 1984).
O estabelecimento de uma classificação do estado de alteração de uma rocha em campo, segundo Frazão (2012), pode ser feito a partir de critérios visuais, guiados pela coloração e táteis, guiados pela coerência, com o auxílio de instrumentos como martelo geológico. Neste sentido, o autor estabeleceu um roteiro para avaliação preliminar do estado de alteração de rochas e graus de coerência, apresentados na figura 4.
Figura 4 – Classificação do grau de alteração das rochas
A caracterização do estado de alteração pode ser feita também através da comparação de amostras de rocha sã com amostras da mesma rocha já em alteração. Para a caracterização da rocha e de seu grau de alteração, Frazão (2012) utiliza métodos laboratoriais baseados, principalmente, em normas brasileiras ou estrangeiras.
O tamanho e a quantidade de argilominerais podem descrever o grau de alteração, justamente por serem tipos de minerais que podem ser resultado do intemperismo parcial ou total de outros minerais das rochas. De acordo com Frazão (2012), a composição química da rocha pode oferecer importantes informações sobre o seu estado de alteração e sobre a sua alterabilidade. Em geral, ao sofrer intemperismo a rocha passa por processos de alteração mineralógica e perde íons através da lixiviação, sendo Na, K, Ca, Mg entre outros, mais mobilizáveis do que silício, alumínio e ferro, o que ocorre em grande intensidade em ambientes tropicais úmidos. Dessa forma, pode-se afirmar que quanto maior a presença de silício, alumínio e ferro, mais laterítico é o material e mais alterada é a rocha.
Para Frazão (2012) a decisão pela adoção de qualquer dos métodos deve depender das características das rochas em estudo (composição mineralógica, estrutura, textura, estado de alteração presumível ou identificado) e do tipo de uso pretendido, além do tempo disponível para execução dos ensaios.
Outro autor que dedicou seus estudos a esse tipo de análise foi Ollier (1965). Ele propõe uma escala para classificação de graus de intemperismo usando como base a resposta do material quando submetido a esforços do martelo geológico, dos pés, das mãos e seu comportamento ao ser colocado em contato com a água, resultando na seguinte classificação:
1- O material pode ser quebrado em pedaços com ajuda do martelo geológico (rocha fresca).
2- O material pode ser facilmente quebrado com o martelo geológico (pouco alterado). 3- O material pode ser quebrado com os pés mas não com as mãos (medianamente alterado).
4- O material pode ser quebrado com as mãos. Quando entra em contato com a água não se desintegra (alterado).
5- O material pode ser quebrado com as mãos. Quando entra em contato com a água se desintegra (muito alterado).
Melton (1965) propõe a seguinte categorização:
1- Rocha fresca, com poucos sinais ou sinais ausentes de alteração. 2- Rocha com indícios de alteração exterior e sem alteração interior.
3- Rocha com superfície profundamente corroída e interior com manchas. A amostra quebra após impactos com o martelo geológico.
4- Material parcialmente decomposto, ainda coeso, mas podendo ser quebrado pelo impacto suave do martelo geológico ou pelas mãos.
5- Material totalmente decomposto, sem resistência, facilmente quebrado pelas mãos e não resiste a quedas de 30 a 60 cm de altura.
Já Thomas (1994) faz uma abordagem acerca do grau de alteração conciliando a mineralogia, classificada como minerais primários e minerais secundários, com o grau de dureza do material.
Para Frazão (2012), alteração da rocha é sua desagregação e decomposição promovida por agentes físicos e químicos naturais, que transformam essa rocha num produto diferenciado na ocorrência do intemperismo; processos físicos, químicos e biológicos operam de forma conjunta, e a predominância de um desses processos determinam o tipo de intemperismo. Quando há intemperismo físico as rochas tendem a se desintegrar por processos mecânicos, sem se alterarem quimicamente. Esse tipo de intemperismo pode ocorrer por diversos fatores, sendo os principais: a variação de temperatura durante o dia e ano, causando expansão e contração térmica que, por sua vez, causa o desgaste da rocha; o congelamento de água nas fissuras das rochas resultando na exerção de pressão na rocha causada pela expansão do volume da água ao ser congelada; cristalização de sais dissolvidos na água no interior de fissuras das rochas, que ocorre quando há a precipitação de sais antes dissolvidos na água exercendo pressão sobre a rocha; abrasão, que é nada mais que o desgaste do assoalho rochoso causado pelo atrito com fragmentos de rocha transportados pelo vento, pela água ou pelo gelo, provocando a formação de estrias e facilitando, assim, o intemperismo (TEIXEIRA et. al, 2009).
No caso de intemperismo químico há alteração química e destruição da estrutura cristalina dos minerais que constituem a rocha. Os processos mais importantes que promovem o intemperismo químico são as reações químicas entre os elementos que compõem os minerais das rochas com elementos constituintes de soluções da água e dos gases. Dentre essas reações pode-se citar hidratação, hidrólise, oxidação, redução e carbonização (TOLEDO, 2014). Destaca-se o papel determinante da água no processo intempérico químico, que funciona como reagente ou portador dos produtos das reações (BLOOM, 1970).
Além dos processos físicos e químicos destacam-se também os processos físico-biológicos e químico-físico-biológicos que podem também promover intemperismo. Tais processos são uma associação de atividades ou processos orgânicos com processos físicos e químicos do
intemperismo. Como exemplo pode-se citar a escavação, remoção e alteração do material geológico por micro, meso e macro organismo; o crescimento de raízes de plantas no interior de fissuras nas rochas, exercendo pressão e auxiliando no intemperismo físico; e o incremento de ácidos orgânicos através da decomposição da matéria orgânica (HUNT, 1972).
O fenômeno de alteração das rochas depende de fatores intrínsecos relativos a gênese da rocha como a sua composição, características químicas e microfissuras; e extrínsecos, que são fatores relativos ao ambiente em que estão expostas por determinado tempo, como os fatores climáticos em geral, temperatura, quantidade de água disponível, forças bióticas etc. (FRAZÃO, 2012). Em geral, consideram-se cinco os fatores principais que controlam o intemperismo: clima, relevo, organismos, litologia e o tempo (TEIXEIRA et. al, 2009; LEPSCH, 2011; PRESS et. al, 2013).
O clima determina o tipo, a intensidade e a velocidade da alteração através da distribuição da temperatura, precipitação e os tipos de vegetação característicos de cada região (BLOOM, 1970). As mudanças climáticas ao longo do tempo geológico causaram mudanças na distribuição da vegetação, e isso reflete no posicionamento atual dos perfis de intemperismo (HUNT, 1972). Com isso, principalmente pela variação de temperatura e quantidade de água, sabe-se que há predomínio do intemperismo físico em regiões de clima seco e predomínio de intemperismo químico em regiões de clima úmido.
O relevo influi no regime de infiltração e drenagem das águas na superfície, controlando a velocidade de escoamento e infiltração. Hunt (1972) confirma que os processos de alteração intempérica são afetadas pela situação topográfica, principalmente por influenciarem na distribuição da água, controlarem a frequência em que a superfície é molhada e seca.
A fauna e a flora atuam no sentido de fornecer matéria orgânica para as reações químicas, na remobilização do material, alteração das estruturas do perfil, no fornecimento de matéria vegetal para decomposição, modificação do microclima e proteção da superfície contra a erosão (OLLIER, 1975); liberam ácidos orgânicos e promovem o intemperismo físico e químico através das raízes das plantas, principalmente. Nos trópicos, onde as camadas espessas de solo intemperizado dificultam o acesso da água à rocha fresca, as raízes das árvores podem penetrar muito profundamente até chegar na rocha (STOOPS et. al., 2010). Segundo Hunt (1972) somente quando a vida se desenvolveu na Terra, em suas diferentes formas, os processos químicos do intemperismo e o desenvolvimento do solo puderam começar. Antes disso, a Terra era composta por um grande amontoado de rocha fundida, solidificada ou desagregada. Tal fato indica que a superfície terrestre de épocas anteriores ao
aparecimento de vida na Terra era demasiadamente diferente dos solos desenvolvidos sob os tipos de vegetação presentes hoje.
O efeito da biota sobre a taxa de intemperismo pode ser devido a liberação de ácidos orgânicos e a complexação do alumínio em solução , aumentando assim a solubilidade aparente do alumínio e indiretamente aumentando a taxa de dissolução da gibbsita(STOOPS et. al, 2010).
O homem pode ser também considerado um agente intempérico. Hunt (1972) afirma que o homem passou a ser um agente geológico quando começou a criar rebanhos de gado e outros animais, praticar a agricultura, necessitando, assim de irrigação e construir cidades, por exemplo. São atividades que podem afetar direta ou indiretamente na alteração das rochas, mesmo que em menor intensidade do que os processos naturais.
A litologia (ou material de origem) influencia na resistência diferenciada aos processos de alteração intempérica, além disso, o tamanho e arranjo dos grãos podem determinar características que podem acelerar ou retardar as reações. Algumas das propriedades que podem influenciar no grau de alteração e nas características do material intemperizado são estrutura das rochas, cimentação, dureza e textura, sua foliação, mineralogia e orientação dos minerais, suas estruturas moleculares, incluindo composição química e dureza, clivagem e tamanho do mineral (HUNT, 1972). De acordo com Bigarella et. al (1994) a maior ou menor resistência ao intemperismo depende da composição mineral da rocha, onde rochas constituídas por minerais suscetíveis a decomposição química são rapidamente intemperizadas e exemplifica com gnaisses com alta taxas feldspáticas. Dentro dessa questão destacam-se também as estruturas presentes na litologia, sendo que planos de falha e fratura interferem no sentido de oferecer maior facilidade ao intemperismo, facilitando a entrada de agentes intempéricos. Para Ollier (1965) quando a concentração desses planos encontra-se pouco espaçadas o intemperismo é mais homogêneo e quando são mais espaçadas o intemperismo é concentrado e resulta num intemperismo esferoidal.
O intemperismo ocorre de forma diferenciada nos diferentes tipos de rocha, sendo dependente de suas propriedades físicas e químicas. Em geral, o tipo de rocha influencia a natureza do saprolito. Os saprolitos são comumente profundos em litologias ricas em quartzo em ambiente tropical, como granito , gnaisse granítico , xistos e arenitos , mas são rasos em litologias calcárias, basálticas e máficas sem a presença de quartzo (STOOPS et. al., 2010).
Em rochas ígneas como o basalto, a estrutura é maciça e granulação é fina. A medida que a massa solidificada esfria, desenvolvem-se craqueladas de contração que são orientadas perpendicularmente as principais superfícies de resfriamento, isto é, as rachaduras são
verticais. Tais rochas têm muitas entradas para a água, estão mais sujeitas ao intemperismo do que rochas que são quebradas apenas por juntas amplamente espaçadas (OLLIER, 1965). Além disso, as rochas basálticas contêm uma alta proporção de minerais que são facilmente intemperizáveis (HUNT, 1972). Já as rochas ígneas com outros tipos de estrutura como o granito, o avanço da alteração ao longo da rocha ocorre de maneira diferencial, dependente dos diferentes minerais e suas diferentes resistências, resultando no aparecimento de diversos blocos e matacões (BIGARELLA, 1994).
Nas rochas sedimentares os sedimentos estão solidificados em camadas ou estratos. Entre essas camadas a água pode se infiltrar e provocar o intemperismo (HUNT 1972). Por ser constituído de sedimentos resultado de intemperismo pretérito (de rochas ígneas, sedimentares ou metamórficas), as rochas sedimentares apresentam intemperismo dependente das propriedades de seus constituintes. Esses sedimentos, resultado de intemperismo passado, podem ser, de acordo com Bigarella (1994), detritos grosseiros não mais susceptíveis a ação intempérica, argilas como produto de intemperismo passado ou sedimentos químicos transportados em solução. Tais sedimentos estão cristalizados pela ação de agentes cimentantes que, por sua vez, também interferem no intemperismo desse tipo de rocha. Para Namowitz (2005) há quatro tipos de cimentos mais comuns: o silicoso, o carbonático, o ferruginoso e o argiloso, sendo o silicoso e o ferruginoso os mais resistentes a alteração, enquanto que o cimento de carbonato de cálcio, que se dissolve mais facilmente pela ação da água em CO2, e o argiloso são muito pouco resistentes ao intemperismo. Entre as rochas sedimentares, aquelas que apresentam maior quantidade de argila podem ser intemperizadas mais facilmente, ao contrário das rochas que apresentam em sua composição materiais mais grosseiros como o quartzo (BIGARELLA, 1994).
Já nas rochas metamórficas, as estruturas, em geral foliadas, também facilitam a infiltração da água e agentes intempéricos (HUNT 1972), ainda mais intenso nos casos de xistosidade, onde há orientação de minerais em planos. Por serem resultado do processo de metamorfismo de outros tipos de rocha, o intemperismo nessas rochas depende em grande medida também da natureza da rocha original e do tipo de metamorfismo que sofreu (BIGARELLA, 1994).
O tempo é o período no qual a rocha está exposta aos demais agentes intempéricos e indica o estágio de intemperismo (TEIXEIRA et. al, 2009). Para Aires-Barros (apud FRAZÃO 2012) o conceito de alterabilidade das rochas é a aptidão maior ou menor, da rocha a se alterar, ou seja, de apresentar maior ou menor modificação de suas propriedades ao longo do tempo. Considerando isso, tem-se que a alteração das rochas está diretamente relacionada a
características das rochas, que conferem ao material maior ou menor facilidade de alteração. Dentre as propriedades genéticas das rochas que interferem na sua maior ou menor resistência destaca-se composição mineralógica, textura (tamanho dos grãos), estruturas internas (xistosidade), porosidade, expansividade e microestruturas dos minerais. A presença de estruturas pós-genéticas (fraturas e falhas) e as condições hidrológicas atuantes são os principais fatores que governam a susceptibilidade dos maciços rochosos a processo intempérico (VAZ, 1996 apud FRAZÃO 2012).
Em suma, o intemperismo das rochas é controlado por: tipo e estrutura da rocha parental; processos que atuam sob a rocha; período de tempo em que a rocha está exposta aos processos (HUNT, 1972).
O resultado do processo de intemperismo são os sedimentos. Entre esses sedimentos encontra-se fragmentos de rocha, que podem ser alterados ou frescos; fragmentos dos minerais das rochas, frescos ou alterados total ou parcialmente; matéria orgânica, água e elementos em solução. Os produtos do intemperismo estão sujeitos aos outros processos do ciclo supérgeno – erosão, transporte e sedimentação (PRESS et. al, 2013).
A esses produtos, Hunt (1972) chama de depósitos superficiais e afirma que são produzidos através da desintegração física e decomposição química dos minerais e das rochas. Para Toledo (2014), os processos de desagregação e decomposição das rochas por intemperismo ocorrem na superfície, a partir de uma interação entre litosfera, atmosfera, hidrosfera e biosfera, transformando as rochas duras em materiais inconsolidados, os sedimentos, que podem ser erodidos, transportados e depositados.
Quando os sedimentos são depositados em zonas topográficas mais baixas e são soterrados por outros sedimentos, em depósitos sedimentares, consolidam-se e tornam-se rochas sedimentares pela pressão e por processos de litificação. As rochas sedimentares são introduzidas novamente no ciclo natural das rochas, sendo incorporadas aos processos geológicos da dinâmica interna, podendo formar novas rochas ígneas, metamórficas ou sedimentares. No entanto, quando os materiais inconsolidados pelo processo de intemperismo não são erodidos, transportados e depositados em depósitos sedimentares para se consolidar em rocha novamente, esse material intemperizado pode passar pelo processo de pedogênese e dar início ao processo de formação de solos.
O material de intemperismo pode ter sua origem de forma alóctone ou autóctone. Quando os sedimentos, resultado do intemperismo da rocha não são transportados para outro lugar (elúvio) e a atuação da pedogênese ocorre diretamente sobre a rocha de origem, considera-se que a formação do solo foi autóctone (LEINZ e AMARAL, 1987). A estes
